PME Innovation Une batterie pour un véhicule lunaire

Le Centre de technologies avancées (CTA) vise la Lune. L’entreprise de Sherbrooke met au point un système de batterie pour le projet de véhicule astromobile lunaire (rover) lancé par l’Agence spatiale canadienne.

L’innovation

Après le succès de son bras spatial robotisé, l’Agence spatiale canadienne veut contribuer à la conquête des nouvelles frontières. Outre un nouveau projet de bras intelligent destiné à la future station orbitale lunaire, l’Agence a lancé un programme de conception d’un petit véhicule destiné à explorer le sol de notre satellite. En novembre 2021, après un appel d’offres, les concepts préliminaires présentés par deux entreprises canadiennes ont été retenus pour la phase A du projet. Membre du groupe de sous-traitants associés à l’entreprise de technologie aérospatiale MDA, le CTA met au point la batterie et son système électrique. Son défi : adapter pour l’espace des technologies – relativement – éprouvées.

Qui ?

Le CTA a été fondé il y a une quinzaine d’années par des chercheurs en génie de l’Université de Sherbrooke et des ingénieurs de BRP, dans l’objectif de résoudre des problèmes d’ingénierie avancée, trop risqués et complexes pour les processus de développement standards en entreprise.

Doté de ses propres laboratoires, l’organisme s’est concentré sur cinq paramètres de la mobilité : la mécatronique, la connectivité, l’allègement des structures, les bruits et vibrations ainsi que l’électrification, donc les batteries. Il se spécialise également dans la simulation numérique.

D’abord voué aux projets exploratoires de BRP, le CTA a rapidement offert ses services à toute entreprise souhaitant bénéficier de son expertise.

Mais est-ce une PME ?

« Le CTA est une entreprise en soi, indépendante. C’est un OBNL [organisme à but non lucratif]. Tous les profits générés par le CTA sont réinvestis dans la compagnie », explique Daniel Duceppe, chef des services d’ingénierie.

Le CTA compte une quinzaine d’employés détachés de BRP, et quelque 25 autres de l’Université de Sherbrooke. Les salaires sont payés par le CTA. « Notre temps est 100 % voué aux affaires et à la croissance du CTA », ajoute-t-il.

Le défi

Le petit véhicule astromobile de l’Agence spatiale canadienne mesurera environ 0,8 m de longueur sur 1 m de largeur et près de 1 m de hauteur. Il pèsera environ 24 kg et portera au moins deux instruments scientifiques.

Il devra parcourir la région du pôle Sud lunaire, où il rencontrera des extrêmes positif et négatif de température... en même temps.

« Dans l’espace, le côté à l’ombre est exposé à -230 °C et, simultanément, le côté au soleil est exposé à 180 °C », souligne Daniel Duceppe.

Le véhicule devra rester fonctionnel pendant au moins 2 jours et 1 nuit lunaires, équivalant chacun à 14 jours terrestres, soit 42 jours.

Pour traverser la glaciale nuit lunaire, « il faut concevoir une batterie qui est capable de maintenir un niveau d’énergie suffisant pour qu’au bout de 14 jours, elle soit encore suffisamment chaude pour se réveiller et recommencer à faire fonctionner le rover, décrit Éric Ménard. Il faut tout optimiser les systèmes du rover et la batterie pour utiliser le plus efficacement possible chaque électron ».

C’est ici que l’expertise du CTA dans l’électrification des véhicules récréatifs trouve son utilité.

Une expérience terrestre

En mars 2021, BRP a annoncé qu’elle introduirait des véhicules électriques dans toutes ses gammes, une électrification dont le CTA a été « la bougie d’allumage », selon la métaphore techniquement paradoxale d’Éric Ménard.

« Au fil des années, on a travaillé à faire fonctionner des batteries dans toutes sortes de contextes, explique-t-il. Imaginez le Grand Nord, le désert. On a développé toutes sortes de moyens pour aider à réchauffer ou refroidir des batteries dans ces environnements. Quand le Canada a voulu faire un rover pour aller sur la Lune et y mettre une batterie, on avait un coffre à outils bien équipé pour trouver des solutions. »

Pour le projet de véhicule astromobile, le CTA apporte également son soutien à la conception du véhicule avec des simulations mécaniques et thermiques.

« La simulation prend toute sa place pour un objet spatial, quel qu’il soit, d’abord parce qu’on ne peut pas se tromper, énonce Daniel Duceppe. On ne peut pas vraiment faire de tests, il faut que ça marche du premier coup. »

Le moyen

« Notre défi est d’utiliser des cellules traditionnelles et de l’électronique traditionnelle pour faire une batterie qui va être capable de survivre au contexte spatial. Donc des cellules lithium-ion », décrit Éric Ménard.

Outre la température, la batterie devra affronter les vibrations et l’accélération du décollage, les radiations solaires et le vide spatial.

« Il n’est pas dit qu’il n’y aura pas des technologies typiques de l’aérospatiale qui seront utilisées, mais il faut garder le concept de la batterie le plus proche d’une application commerciale pour la rendre accessible en termes de délais et de coûts de fabrication », explique-t-il.

L’avancement

Au terme de la phase A du projet, qui sera achevée d’ici quelques semaines, un des deux intégrateurs sera retenu pour les phases de développement et de fabrication du petit véhicule, dans l’objectif d’un alunissage avant 2026.

« Le concept est défini, la batterie est dimensionnée, précise Éric Ménard. On est rendus à la moitié de la conception. On va attendre d’avoir la suite du mandat pour faire la conception détaillée. Aujourd’hui, on sait déjà comment on va faire la batterie. »

Si le MDA est retenu, l’équipe du CTA entreprendra alors le prototypage de différents sous-éléments de la batterie pour valider les concepts critiques, puis assemblera des prototypes complets pour tester son fonctionnement et son intégration dans le véhicule.

« La dernière étape est la fabrication de la batterie qui va aller dans l’espace », indique Daniel Duceppe.

L’avenir

« La batterie qu’on va développer va probablement se retrouver à la rencontre de deux mondes, de l’aérospatiale et des applications automobiles, et ça va être le point où on maximise les bénéfices pour les deux réalités », évoque Éric Ménard.

Que sa batterie roule ou non sur la Lune, le projet portera le CTA à de nouvelles altitudes.

« Le développement de cette batterie nous pousse encore plus loin dans l’ingénierie numérique, virtuelle, qui permet de développer, simuler et valider le maximum de choses avant d’avoir construit la moindre pièce, ajoute-t-il. Cette approche d’ingénierie va être bénéfique dans tous les contextes. »